EP0038725B1 - Dispositif photosensible lu par transfert de charges, et caméra de télévision comportant un tel dispositif - Google Patents

Dispositif photosensible lu par transfert de charges, et caméra de télévision comportant un tel dispositif Download PDF

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EP0038725B1
EP0038725B1 EP81400194A EP81400194A EP0038725B1 EP 0038725 B1 EP0038725 B1 EP 0038725B1 EP 81400194 A EP81400194 A EP 81400194A EP 81400194 A EP81400194 A EP 81400194A EP 0038725 B1 EP0038725 B1 EP 0038725B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
grid
diodes
charges
diode
grids
Prior art date
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Expired
Application number
EP81400194A
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German (de)
English (en)
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EP0038725A1 (fr
Inventor
Jean-Luc Berger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thomson CSF SA filed Critical Thomson CSF SA
Publication of EP0038725A1 publication Critical patent/EP0038725A1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers

Definitions

  • the present invention relates to a photosensitive device read by charge transfer. It also relates to a television camera comprising such a device.
  • the charge transfer is of the "Bucket Brigade” type, that is to say it is done through the analog of a MOS transistor biased in saturation.
  • a disadvantage of this device is that to be effective, this type of transfer requires a relatively long time.
  • the first step and the second until the signal charges are injected into the C.C.D. must take place during the line return time, which is only 12 ⁇ s in the standard 625 lines.
  • the charges injected into the C.C.D. are read in series and the charges are re-injected into the semiconductor substrate.
  • an advantage of this device compared to C.I.D. conventional is that the reading of the loads is no longer done on a high capacity and no longer depends on the number of lines.
  • the present invention relates to a photosensitive device read by charge transfer which has great advantages over known devices.
  • the device according to the invention comprises a memory integrated on the semiconductor substrate following the diodes D 2 and under which the signal charges are collected before being transferred to the reading register (R 2 ).
  • FIG. 1 there is shown schematically seen from above an embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 2a the device shown in FIG. 1 is seen in longitudinal section.
  • the photosensitive zone 1 comprises a matrix of photosensitive points.
  • this matrix comprises four rows and four columns, and therefore 16 photosensitive points.
  • the collector diodes D 10 must be strongly coupled to the gates G o by edge capacitances C B which are large compared to the capacitances, C D 10 , of the diodes D 10 towards the semiconductor substrate 4.
  • C B edge capacitances
  • C D 10 capacitances
  • the diodes D 10 can also be placed between the gates G 0 and G 1 .
  • the connection between the parts 1 and 2 of the photosensitive device according to the invention is ensured by four diodes D 2 which are integrated on the semiconductor substrate 4 and to which the metal connections C 1 to C 4 terminate .
  • the diodes D 2 are followed by a grid G 2 , horizontal and common to all the diodes which is brought to a constant potential V 2 .
  • the grid G 2 fixes the potential on V 2 ⁇ V T on the diodes D 2 and on the read diodes D 1 connected to the diodes D 2 , V T representing the threshold voltage under the grid G 2 .
  • the grid G 2 which is connected to the constant potential V 2 , like the grids G, connected to the constant potential V 1 make it possible to avoid the sending of parasites on the connections Ci to C 4 , which would have the effect of introducing into the memory of the parasitic charges superimposed on the signal charges.
  • charge transfer devices it is particularly important to protect against parasitic charges, the amplitude of which can vary from one point to another of the circuit according to the geometric variations of the elements and which limit the dynamic range of the signal.
  • the memory is followed by a device for removing the parasitic charges which consists of a single horizontal grid G 5 followed by a single diode D5, the grid G 5 and the diode D5 being connected to a variable potential V5.
  • isolation diffusions d 2 delimit in a known manner the zone of the substrate which is reserved for the treatment of the charges coming from each column of photosensitive points and isolate the diodes D 2 from the diodes D i .
  • the read register 3 is generally integrated on the same semiconductor substrate 4 as the memory and the parasitic charge evacuation device 2, but it is isolated therefrom by an isolation diffusion zone d 3 in slots.
  • diodes D 6 Inside the slots, there are four diodes D 6 which are aligned and which are connected by metal connections C ' 1 to C' 4 to the four diodes D 4 of the memory. Thus, the transfer of the signal charges from the memory to the read register takes place.
  • the diodes D 6 are followed by a grid G 6 , which is horizontal and unique and which is connected to the same variable potential V 4 as the grid G 4 of the memory.
  • the grid G 6 is followed by a grid G 7 , which is also horizontal and unique and which is connected. at a variable potential V 7 and which allows, when it goes high, the transfer of charge-signal to the reading register proper R 2 .
  • the read register R 2 is a two-phase CCD register ⁇ 1 and ⁇ 2 .
  • This register comprises a succession of storage electrodes and charge transfer electrodes which are arranged on an extra thickness of insulation with respect to the storage electrodes.
  • One out of two storage electrodes leads to the lower end of the niche diffusion diffusion zone d 3 and therefore receives no charges.
  • the transfer of the charges in the register R 2 takes place horizontally as indicated by an arrow in FIG. 1.
  • the reading of the signal charges of a line of photosensitive element is therefore carried out in series.
  • isolation diffusion a 4 determines the lower limit of the charge transfer channel in the register R 2.
  • connection between the memory and the reading register 3 must be made by connections external to the substrate C ' 1 to C' 4 .
  • diodes D io and of the grid G o it is necessary that a good coupling exists between the diodes D 4 and the grid G 4 as well as between the diodes D 6 and the grid G 6 .
  • FIGS. 2b to 2g represent the evolution of the surface potential ⁇ s in the semiconductor substrate 4 at various times t 1 to t 6 .
  • the hatched areas indicate the presence of minority carriers.
  • Figures 2b to 2g we only represented the interface 5 and 7 of the substrate 4 and of the insulating layer which covers them.
  • FIGS. 4a to 4f represent the control signals which can be applied to the device according to the invention. These control signals are periodic signals whose amplitude varies between a low level and a high level.
  • FIGS. 4c and 4d the signals V5 and V 7 of the same period T have been shown.
  • the signals V5 and V 7 are in phase opposition with V 3 .
  • FIGS. 4e and 4f the signals L i and L i + 1 are shown . These signals have the same period nT. They pass to the high level for a very short time ⁇ after the passage of V 3 to the high level and return to the low level at the same time as V 3 .
  • the operation of the device according to the invention comprises the repetition of two distinct steps of duration T 1 and T 2 which we will denote hereinafter by “step T 1 " and “step T 2 ", the sum of T 1 and T 2 being equal to T.
  • step T 1 all of the grids G 0 are brought to potential V 9 .
  • the parasitic charges which are on all the diodes D 1 and D 2 are then removed from the device to the memory and then to the device for discharging the parasitic charges.
  • step T 2 only one of the grids G o of the photosensitive zone is at potential 0, while the other grids G o are at potential V 9 .
  • the signal charges stored under the gate at potential 0 are transferred to the diodes D 1 and D 2 , then to the memory before being transferred to the reading register R 2 where they will be read during the following step T 1 .
  • the photosensitive device can receive the light radiation to be detected either by its front face where the grids G 0 and G 1 are located , or by its rear face.
  • the Go grids must be photosensitive; they then consist of polycrystalline silicon or semi-transparent metal.
  • the reading diodes D l are then entirely covered with an insulating layer, then with aluminum in order to avoid parasitic lighting.
  • the memory, the device for removing parasitic charges and the reading register are covered with an opaque layer which protects them from light radiation, and which may be metallization.
  • the semiconductor substrate 4 which carries the photosensitive zone 1 then has a reduced thickness.
  • the metal connections Ci to C 4 make it possible to arrange the memory, the device for removing the parasitic charges and the reading register at a certain distance from the photosensitive zone and on a part of the substrate 4 whose thickness has not been scaled down. This avoids parasitic lighting of these elements.
  • FIG. 3 relates to a schematic representation seen from above of another embodiment of the photosensitive zone 1 of the device according to the invention.
  • the photosensitive points are organized in staggered rows from one line to another.
  • the grids G o which are constituted by a first level of polycrystalline silicon are arranged horizontally. These grids have a rectangular shape and have notches, also rectangular. In each notch is a reading diode D l .
  • the reading diodes D 1 are arranged in staggered rows because the notches are offset by a half-step from one grid G o to the next.
  • each grid G o there is between two notches an opening which constitutes a collecting zone D io .
  • the collecting zones D io are constituted by a simple thin oxide zone without diffusion and no longer by diodes as in the case of FIG. 1, the carriers created by the photons under these collecting zones join the capacities C o , created by the grids G o , by simple diffusion rather than by conduction.
  • each grid G o receives the carriers generated on each collecting zone D 10 by the entire periphery of this collecting zone.
  • the replacement of the diodes with a simple thin oxide layer to constitute the collecting zones is advantageous in the case where the condition: C B »C D10 cannot be achieved.
  • the gates G 1 are constituted by a second level of polycrystalline silicon. These grids are vertical. Each grid G 1 partly covers on the one hand one of the vertical edges of a notch produced on each grid G o and on the other hand the reading diode D 1 located in this notch. The reading diodes D l are located alternately, from one line to the other to the right and to the left of the vertical electrode G 1 .
  • connections C i On the grids G l , there are, isolated by a thick oxide layer, the aluminum connections C i .
  • the connections C 1 , C 2 , C 3 are shown in broken lines. These connections address the reading diodes D 1 by contact sockets through the oxide layer.
  • the pitch of the shift register R 1 which is used for the periodic zeroing of each grid G o is generally greater than the pitch of the grids G 0 .
  • Two registers R 1 and R ' 1 can be used , the pitch of which is double that of the grids G o .
  • the registers are then placed on either side of the photosensitive zone.
  • One of the registers addresses the grids G o of even rank and the other addresses the grids Go of odd rank. Interleaving is facilitated by this organization which can be used at the same time as the staggered arrangement.
  • one of the registers can address the grids G o of odd rank and the photosensitive points placed to the right of the connections C i , then the other register addresses the gnlles G 0 of even ranks and the photosensitive points placed to the left of the connections Ci .
  • the time T 2 is limited by the time necessary for the transfer of the signal charges Q s along each connection C i to the memory. We have seen that this transfer takes place through the equivalent of a saturated MOS transistor.
  • a signal is then superimposed on a charge background Q o which also facilitates the transfer of the charges in the register.
  • the disadvantage of this process can be in certain cases to add to the signal a noise due to the variations of the capacity c i of a connection C i to the other which introduce variations on the quantity Qo introduced from a column to the other.
  • Figures 5 and 6a relate to a schematic top view and longitudinal section view of an embodiment of a device for injecting an additional quantity of charges Q o into the photosensitive device according to the invention.
  • the quantities of charges injected Q o are identical for all the points of the photosensitive zone and independent of the values of the capacities c i of the connections C i .
  • This device consists of the integration on a semiconductor substrate (which may be the same as that on which the rest of the photosensitive device is integrated) of a number of diodes D 7 equal to the number of connections C i .
  • a semiconductor substrate which may be the same as that on which the rest of the photosensitive device is integrated
  • four diodes D 7 are shown. These diodes are brought to a variable potential V 7 .
  • Two coplanar grids G 8 and G 9 follow these diodes. These grids are brought to two constant potentials V 8 and V 9 , with V 8 less than V 9 .
  • the quantity of charges Q o stored under G 9 is independent of the threshold voltage variations under G 8 and G 9 from one photosensitive point to the other and only depends on the geometry of G 9 , the variation of which at one end to the other of the device can be reduced to second order.
  • Vertical isolation diffusions d 4 delimit in a known manner the zone of the substrate which is reserved for the treatment of charges coming from a single diode D 7 .
  • FIGS. 6b to 6e represent diagrams illustrating the operation of the device shown in FIGS. 5 and 6a at times t 4 , t 2 t 3 and new t 4 .
  • FIGS. 6b and 6c the storage of the quantity of charges Q o is shown under the grid G 9 .
  • the gate G 9 is followed by a gate G 11 and a storage electrode G 12 which are brought to a variable potential V 11 .
  • each quantity of charges Q o is transferred from G 9 to G 12 .
  • the grid G 12 is followed by a screen grid G 13 brought to a constant potential V 13 .
  • a screen grid G 13 brought to a constant potential V 13 .
  • diodes D 13 which are connected by metal connections C "1 to C" 4 to the diodes D 1 and D 2 , that is to say to the connections Ci to C 4 .
  • the potential V 11 goes to zero and causes the transfer of each quantity of charges Q 0 under the diodes D 13 , D 1 and D 2 connected in parallel.
  • the charge Q o is therefore introduced at the same time t 4 as the signal charge Q s of the line read.
  • the generation of Q o is done by reading each line of photosensitive elements.
  • the geometry of the memory and of the reading register must be provided so that the total charge equal to: Q 0 + Q can be stored, where Q is the maximum signal charge at a photosensitive point.
  • a CCD shift register can be used, with outputs in parallel.
  • Each of the outputs in parallel of this register is connected, by metallic connections to one of the pairs of diodes Di-D 2 , that is to say to one of the connections Ci to C 4 .
  • this register is addressed by the same control signals as the reading register R 2 .
  • a charge Qo is continuously injected at the input, so that at the start of the line return time, t 5- ⁇ , there is the charge Q o in each of the stages of the register.
  • This load is the same for all stages since it was generated by a single input stage and the transfer ineffectiveness has a negligible effect on a continuous signal. Only the recombined charge in the substrate introduces a dispersion but its value is generally very low.
  • the transfer of the charges in the CCD shift register with parallel outputs which is used can be done on the surface or in volume.
  • the surface transfer makes it possible to convey a higher Qo charge with an equal surface.
  • this injection device makes it possible to inject identical quantities of charges Qo for all the points of the photosensitive zone and independent of the values of the capacities c; of Ci connections.
  • the CCD shift register with parallel outputs is generally integrated on the same semiconductor substrate as the rest of the photosensitive device.
  • the intention was to transfer the signal charges from the memory to the reading register R 2 without using diodes such as diodes D 4 and D 6 which are joined two by two by external metallic connections to the substrate. C ' 1 to C' 4 .
  • This embodiment thus has the advantage over that shown in FIG. 1 of eliminating the parasites liable to be introduced by a variable coupling, from one photosensitive point to the other between of each diode D 4 or D 6 and the grid G 4 or G 6 adjacent and on the other hand between each pair of diodes D 4 and D 6 (connection C ' i ).
  • this embodiment has the advantage of eliminating the parasites liable to be introduced by variable penetration from one photosensitive point to the other of the diodes D 2 under the grid G 2 ; this variable penetration can lead to variable transfer times of the signal charges from each diode D 2 to the memory due to the variable width of the gate of the equivalent MOS transistor through which the charges are transferred to the memory; in addition, this embodiment has the advantage of increasing the speed of the transfer of the signal charges of D 1 and D 2 in memory, because of the reduction in the width of G2.
  • this embodiment has the advantage of simplifying the control signals.
  • this embodiment imposes slightly more severe manufacturing constraints as regards the dimensions of the various elements.
  • FIG. 7 relates to a schematic representation seen from above of this embodiment.
  • FIGS. 8a and 9a represent views in cross section of the embodiment shown in FIG. 7.
  • the grid G 2 is surrounded by two coplanar grids G 14 and G 4 which are maintained at a constant potential V ' 4 greater than V 2 .
  • V ' 4 a constant potential
  • the grid G 4 like the grids G o in FIG. 3, is a rectangular grid also having rectangular notches.
  • FIG. 8a is a cross-sectional view of the embodiment shown in FIG. 7 in an area of small width of G 4 , that is to say at the level of a notch.
  • Figure 9a is a cross-sectional view of the embodiment shown in Figure 7 in the interval between two notches.
  • a »U « isolation diffusion zone d5 surrounds each diode D5.
  • one in two of the vertical parts of the diffusion zone d 2 that is to say the vertical parts which are not followed by a diode D5 are then extended and result in a storage electrode which does not therefore receives no charges.
  • diode D5 Access to diode D5 is then regulated by a rectangular electrode G 15 brought to a variable potential V 15 .
  • This electrode sits astride the horizontal part of the G 4 notches. It is separated from G 4 by an oxide layer, not shown.
  • the potential V 15 is also applied to the diodes D5.
  • FIGS. 8a and 9a represent views in cross section along the channels 2 and 1.
  • FIGS. 8b, 8c and 9b, 9c represent the evolution of the surface potential in the semiconductor substrate 4a at different times t ' 1 , t' 2 , t ' 3 .
  • FIGS. 10a to 10d represent the control signals which can be applied to this embodiment.
  • Figures 10a and 10b show the signals V 15 and V 17 .
  • These signals are periodic with period T and vary between a low level and a high level.
  • the signal V 15 is at the high level when the signals L i , L i + 1 ... and the signal V ' 7 are at the low level.
  • the signals L i , L i + 1 ... pass to the high level an instant after V 15 has passed to the low level.
  • the signal V ' 7 goes to the high level an instant ⁇ after the passage of L i , L i + 1 ... to the low level. Finally, the signal V ' 7 returns to the low level an instant T before the passage of V 15 to the high level.
  • Step T 1 takes place from the moment when V 15 is at the high level until the moment when L i , L i + 1 ... pass at the high level.
  • Stage T 2 takes place during the rest of period T.
  • Figure 8b shows the surface potentials at that time.
  • the parasitic charges of all the photosensitive points are removed from the diodes D 1 towards the diodes D 2 , then under the grid G 4 and finally under a discharge diode D5.
  • the transfer takes place at constant potential V 2 -V T thanks to the grid G 2 ;
  • Figure 9c shows the surface potential in the substrate at that time. There is then transfer of the signal charges of the line L i which are stored under G 4 under the reading register R 2 .
  • a new step T 1 then begins while the line L 1 is read by the register R 2 .
  • the reading register R 2 is a register where the charge transfer takes place in volume, there exists under the electrodes of the register a diffused zone z which can stop in the middle of the grid G 7 .
  • the potential under the register R 2 is higher than under G 4 which facilitates the transfer of the charges.
  • the present invention generally relates to a photosensitive device integrated on a silicon semiconductor substrate. It is also possible to report photosensitive detectors made of a different material on a silicon substrate.
  • the device according to the invention can also operate by giving results as satisfactory as those obtained by the device described by the IEEE article by transferring the signal charges as and when they arrive in the reading register R 2 without store them in memory.
  • the device according to the invention is preferably a CCD device, where the charge transfer takes place at the surface or in volume.

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Description

  • La présente invention concerne un dispositif photosensible lu par transfert de charges. Elle concerne également une caméra de télévision comportant un tel dispositif.
  • On connaît dans l'art antérieur, notamment par l'ouvrage de C. H. SEQUIN et M. F. TOMPSETT intitulé »Charge transfer devices«, pages 152 à 169, essentiellement deux types de dispositifs photosensibles utilisant le transfert de charges. Ce sont:
    • - d'une part, les dispositifs photosensibles à transfert de charges dans lesquels le rayonnement lumineux est envoyé sur des registres à transfert de charges. On connaît diverses organisations possibles des registres soumis au rayonnement et des registres à transfert de charges qui servent au stockage des charges avant leur lecture; les organisations les plus courantes sont du type a>à transfert de trame« ou »à structure interligne«. Ces dispositifs présentent l'inconvénient de nécessiter de grandes surfaces de dispositifs à transfert de charges alors qu'il est actuellement difficile d'obtenir des rendements élevés pour la fabrication de ces grandes surfaces;
    • - d'autre part, les dispositifs photosensibles du type C. I. D. (Charge Injection Devices) qui ne présentent pas cet inconvénient. Ces dispositifs comportent une matrice de points photosensibles constitués de deux capacité MOS couplées par une grille. L'une des capacités est soumise au rayonnement lumineux. Les charges induites sous cette capacité sont périodiquement transférées dans la capacité voisine et la lecture des charges est effectuée par un transistor MOS. Deux registres à décalages numériques permettent l'adressage de chaque point en vue de sa lecture: - les capacités d'une même ligne qui sont soumises au rayonnement sont reliées en parallèle et adressées par l'un des registre tandis que les capacités d'une même colonne qui servent à la lecture sont reliées en parallèle et adressés par l'autre registre. Les dispositifs C. I. D. présentent l'inconvénient de nécessiter une ré-injection des charges dans le substrat semi-conducteur où les capacités sont intégrées, pendant ou après la lecture des charges. Cette réinjection nécessite pour être efficace l'emploi de substrats épitaxiés ou de diffusions collectrices. Elle est par ailleurs difficile à contrôler et peut être l'occasion d'une rémanence, dans le cas où elle est incomplète. De plus, dans les dispositifs du type C. 1. D., la lecture des charges se fait sur une forte capacité ce qui réduit le rapport signal/bruit et cette capacité dépend du nombre de lignes.
  • On connaît par ailleurs par l'article paru dans la revue »I.E.E.E. Journal of solid-state circuits«, volume SC 14, numéro 3, juin 1979, pages 604 à 608, un dispositif photosensible qui comporte une matrice du type C.I.D. lue par transfert de charge (voir en particulier les figures 7 et 8 de cet article et leur commentaire). Dans ce dispositif, l'adressage des capacités de lecture est effectuée par un registre à décalages C.C.D. (Charge Coupled Devices).
  • La lecture de chaque ligne de la matrice se fait en deux étapes:
    • - dans une première étape, on fixe le potentiel de toutes les capacités de lecture. Il y a transfert de charges transversalement dans le registre C.C.D. et évacuation de ces charges par des transistors MOS TG2;
    • - dans une deuxième étape, la transfert de charges sous les capacités de lecture provoque l'injection dans le registre C.C.D. de charges-signal qui sont lues en série par transfert longitudinal.
  • Le transfert des charges est du type »Bucket Brigade«, c'est-à-dire qu'il se fait par l'intermédiaire de l'analogue d'un transistor MOS polarisé en saturation.
  • Un inconvénient de ce dispositif est que pour être efficace, ce type de transfert demande un temps relativement long. Or pour que ce dispositif soit exploitable par une caméra de télévision, la première étape et la deuxième jusqu'à l'injection des charges signal dans le registre C.C.D. doivent avoir lieu pendant le temps de retour ligne, qui n'est que de 12 µs dans le standard 625 lignes. Pendant le temps de lecture ligne, les charges injectées dans le registre C.C.D. sont lues en série et il y a ré-injection des charges dans le substrat semi-conducteur.
  • Par contre un avantage de ce dispositif par rapport aux dispositifs C.I.D. classiques est que la lecture des charges ne se fait plus sur une forte capacité et ne dépend plus nombre de lignes.
  • La présente invention concerne un dispositif photosensible lu par transfert de charges qui présente de grands avantages par rapport aux dispositifs connus.
  • Le dispositif selon la présente invention comporte:
    • - n lignes de m points photosensibles, chaque point photosensible étant constitué par l'intégration sur un substrat semiconducteur d'une capacité MOS Co, comportant une grille Go commune aux points d'une même ligne, et d'une diode de lecture Di, séparée de la grille Go par une grille écran G, portée à un potential constant (Vi), m connexions métalliques (Ci ... Cm) reliant en parallèle n diodes appartenant à des lignes différentes;
    • - m diodes D2, intégrées sur le même substrat semi-conducteur, auxquelles aboutissent les m connexions métalliques, ces diodes étant suivie par une grille G2 portée à un potential constant (Vz);
    • - des moyens d'évacuation sur une diode (D5) des charges accumulées sur les diodes Di et D2 pendant chaque intervalle de temps où aucune des grilles Go ne se trouve à zéro;
    • - au moins un registre à décalage (Ri) qui permet la mise à zéro périodique de chaque grille Go et l'évacuation des charges-signal sur les diodes D1 puis sur les diodes D2;
    • - des moyens assurant le transfert des charges-signal arrivant sous les diodes D2 dans un registre de lecture à transfert de charges (R2) à m entrées parallèle et à sortie série.
  • Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif selon l'invention comporte une mémoire intégrée sur le substrat semiconducteur à la suite des diodes D2 et sous laquelle les charges-signal sont recueillies avant d'être transférées dans le registre de lecture (R2).
  • Parmi les principaux avantages du dispositif selon l'invention, on peut citer:
    • - le fait qu'en même temps que la lecture des charges-signal on réalise leur évacuation de la zone photosensible du dispositif par transfert de ces charges des diodes de lecture D1 vers les diodes D2 à travers les connexions métalliques C1 ... Cn. Il n'est donc plus nécessaire comme dans le cas des dispositifs C.I.D. classiques ou dans le cas du dispositif C.I.D. de l'article I.E.E.E. cité d'effectuer une ré-injection des charges dans le substrat.
    • - de même, le fait que les diodes de lecture Di remplissent également une fonction communément appelée »anti-blooming« (anti- éblouissement). En effet lorsqu'un point photosensible se trouve trop intensément éclairé, la capacité Co de stockage des charges pour ce point déborde dans la diode D1 adjacente. Entre deux lectures d'une ligne (étape T2), on évacue (étape Ti) les charges qui ont débordé dans les diodes D1. De plus, n diodes Di sont connectées en parallèle par chaque connexion C;, les charges dues à un éclairement trop intense peuvent donc se répartir sur ces n diodes avant de déborder dans le substrat. Les diodes D4 qui assurent à la fois l'évacuation des charges de la partie photosensible et la fonction anti-blooming permettent d'éviter l'utilisation de diffusions collectrices horizontales et d'électrodes verticales destinées à isoler les cellules les unes des autres comme cela est généralement le cas dans les dispositifs C.I.D. (voir les »guard stripes« et »field shield electrodes« sur les figures 2, 3 et 4 du document I.E.E.E. cité ainsi que la commentaire de ces figures);
    • - le fait que le dispositif selon l'invention comporte généralement une mémoire où les charges correspondant à la lecture d'une ligne de points photosensibles sont stockées temporairement avant d'être transférées dans le registre de lecture à transfert de charge. Dans le dispositif selon l'invention, comme dans celui décrit par l'article d'I.E.E.E., le transfert des charges de chaque ligne vers le registre de lecture est du type »Bucket Brigade«. L'adjonction d'une mémoire permet de disposer d'un temps égal à celui d'une lecture ligne (soit 52 µs pour le standard TV 625 lignes) pour effectuer l'évacuation des charges parasites sur les diodes D1 et D2 et le transfert d'une ligne en mémoire alors que dans le dispositif déçrit par l'article d'I.E.E.E., ces temps était réduit à celui du retour ligne (12 µs).
  • D'autres objets, caractéristiques et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les figures annexées qui représentent:
    • - la figure 1, une représentation schématique vue de dessus d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention;
    • - la figure 2a, une vue en coupe longitudinale du dispositif représenté sur la figure 1 et les figures 2b à 2g des schémas illustrant le fonctionnement de ce dispositif;
    • - la figure 3, une représentation schématique vue de dessus d'un autre mode de réalisation de la zone photosensible du dispositif selon l'invention;
    • - la figure 4, des signaux de commande susceptibles d'être appliqués au dispositif selon l'invention;
    • - la figure 5, une représentation schématique vue de dessus d'un mode de réalisation d'un dispositif d'injection d'une quantité de charges supplémentaire Qo dans le dispositif photosensible selon l'invention;
    • - la figure 6a, une vue en coupe du dispositif représenté sur la figure 5, et les figures 6b à 6e, des schémas illustrant le fonctionnemente de ce dispositif;
    • - la figure 7, une représentation schématique vue de dessus d'un autre mode de réalisation de la mémoire, du dispositif d'évacuation des charges parasites et du registre de lecture du dispositif photosensible selon l'invention;
    • - les figures 8a et 9a, deux vues en coupe transversale du mode de réalisation représenté sur la figure 7 et les figures 8b, 8c et 9b, 9c, des schémas illustrant le fonctionnement de ce mode de réalisation;
    • - les figures 10a à 10d, des signaux de commande susceptibles d'être appliqués au dispositif selon l'invention.
  • Sur les différentes figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments, mais, pour des raisons de clarté les cotes et proportions des divers éléments ne sont pas respectées.
  • Sur la figure 1, on a représenté schématiquement vu de dessus un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Sur la figure 2a, on a représenté vu en coupe longitudinale le dispositif représenté sur la figure 1.
  • Le dispositif photosensible selon l'invention comporte essentiellement trois parties:
    • - une zone photosensible 1;
    • - une mémoire et un dispositif d'évacuation des charges parasites, cette partie étant repérée par 2;
    • - un registre de lecture 3.
  • On va décrire successivement chacune de ces parties et expliquer comment elles sont reliées entre elles.
  • La zone photosensible 1 comporte une matrice de points photosensibles. Sur la figure 1, cette matrice comprend quatre lignes et quatre colonnes, et donc 16 points photosensibles.
  • Chaque point photosensible est constitué par l'intégration sur un substrat semi-conducteur 4, qui est généralement du silicium:
    • - d'une capacité MOS Co constituée par une grille Go, horizontale et commune aux points d'une même ligne. Sur chaque grille Go, des diffusions d'isolement verticales d1 déterminent la capacité Co de chaque point photosensible;
    • - d'une diode collectrice D10 qui est sensible aux faibles longueurs d'onde auxquelles les grilles Go sont opaques. Les diodes Dio sont diffusées localement à proximité des grilles Go. Les diodes Dio sont disposées en matrice. Sur la figure 1, chaque ligne de diodes D10 est disposée en bordure de l'un des grand côtés d'une des grilles Go qui sont rectangulaires;
    • ― d'une grille écran G1 qui est portée à potential constant Vi. Sur la figure 1, la grille G1 est horizontale et commune à tous les points photosensibles d'une même ligne.
    • Comme la grille Go, la grille G, est rectangulaire et borde l'autre grand côté de Go qui n'est pas occupé par les diodes Dio; ― d'une diode de lecture D1. Les diodes de lecture D1 sont disposées en matrice et quatre connexions métalliques verticales, C1 à C4, qui sont généralement en aluminium, relient en parallèle les quatre diodes de lecture D1 d'une même colonne.
  • Les diodes collectrices D10 doivent être fortement couplées aux grilles Go par des capacités de bord CB importantes par rapport aux capacités, CD 10, des diodes D10 envers le substrat semi-conducteur 4. On doit avoir: CB» CD 10. Pour cela, on augmente au maximum le périmètre commun entre chaque diode D10 et la grille Go voisine. Ainsi le potentiel des diodes D10 suit exactement le potentiel de surface sous la grille G0voisine.
  • Les diodes D10 peuvent aussi être placées entre les grilles G0 et G1.
  • On peut aussi étendre la zone diffusée correspondant à chaque diode D10 sous la grille Go. Ceci a pour effet d'augmenter le couplage entre les diodes collectrices D10 et les grilles G0: ainsi est facilitée l'évacuation des charges stockées par chaque point photosensible; de plus, on accroît la quantité de charges qui peut être stockée par chaque point photosensible pour une même variation de potential sur la grille Go.
  • Les grilles Go recoivent deux sortes de polarisation:
    • - d'une part, toutes les grilles Go de la zone photosensible sont soumises à un potential constant V9 qui permet l'intégration des charges en chaque point photosensible en fonction de l'éclairement reçu par ce point. Chaque grille Go est reliée à l'une des électrodes d'un transistor MOS T1 à T4 dont l'autre électrode est reliée à la tension continue V9 et dont la grille reçoit un potential V8 qui permet de rétablir le potential V9 sur toute les grilles Go. Le potential V8 peut être une tension continue ou variable en fonction du temps. Dans le cas où V8 est tension continue, le rétablissement du potential V9 sur la grille Go qui était précédemment à zéro se fait avec une constante de temps relativement longue et la valeur de la capacité de stockage des charges Co augmente avec le temps. On réduit ainsi la quantité de charges collectées par génération thermique. Dans le cas où le potential V8 est un signal variable en fonction du temps, c'est généralement le passage de V8 au niveau haut qui provoque la mise en conduction des transistors T1 à T4 et le rétablissement instantané du potentiel V9 sur toutes les grilles G0;
    • - d'autre part, chaque grille Go reçoit périodiquement un potentiel nul qui provoque le transfert des charges signal stockés sous cette grille sous les diodes Di, alors que les autres grilles Go sont maintenues au potentiel V9 et que l'intégration des charges se poursuit sous ces grilles. Pour amener périodiquement à zéro l'une des grilles Go, chaque grille Go est reliée à l'une des électrodes d'un transistor MOS T01 à T04 dont l'autre électrode est reliée à la masse et dont la grille reçoit des signaux de commande L1 à L4 issus de quatre étages successifs d'un registre à décalage R1. Le passage d'un signal de commande Li au niveau haut provoque la mise à zéro d'une des grilles Go.
  • On va maintenant examiner la mémoire et le dispositif d'évacuation des charges parasites 2 qui sont généralement intégrés sur le même substrat semi-conducteur 4 que celui sur lequel est intégrée la zone photosensible 1. La liaison entre les parties 1 et 2 du dispositif photosensible selon l'invention est assurée par quatre diodes D2 qui sont intégrées sur le substrat semi-conducteur 4 et auxquelles aboutissent les connexions métalliques C1 à C4. Les diodes D2 sont suivies par une grille G2, horizontale et commune a toutes les diodes qui est portée à un potentiel constant V2. La grille G2 fixe à V2―VT le potentiel sur les diodes D2 et sur les diodes de lecture D1 connectées aux diodes D2, VT représentant la tension de seuil sous la grille G2. La grille G2 qui est reliée au potentiel constant V2, comme les grilles G, reliées au potentiel constant V1 permettent d'éviter l'envoi de parasites sur les connexions Ci à C4, ce qui aurait pour effet d'introduire dans la mémoire des charges parasites superposées aux charges-signal. Dans les dispositifs à transfert de charges, il est particulièrement important de se protéger contre les charges parasites dont l'amplitude peut varier d'un point à l'autre du circuit selon les variations géométrique des éléments et qui limitent la dynamique du signal.
  • De plus, les grilles G, isolent la zone photosensible 1 des parasites povenant des connexions Ci et de la partie 2 du dispositif et, de même, la grille G2 isole la partie 2 des parasites provenant des connexions Ci et de la partie 1. La grille G2 est suivie par une grille G3, qui comme G2 est horizontale et unique. La grille G3 est commandée par un signal V3 périodique. La passage de V3 d'un niveau haut à un niveau bas permet d'éviter le retour en arrière des charges transférées des diodes D1 et D2 vers la mémoire. La mémoire est constituée par quatre diodes D4 qui sont alignées et qui sont suivies par une grille unique horizontale G4 qui est portée à un potentiel variable V4. Dans cette mémoire sont successivement stockés deux types de charges:
    • - d'une part, les charges parasites accumulées sous les diodes D1 et D2 pendant chaque intervalle de temps où aucune des grilles Go ne se trouve à zéro;
    • - d'autre part, les charges-signal provenant de la mise à zéro d'une grille Go.
  • La mémoire est suivie par un dispositif d'évacuation des charges parasites qui est constituées d'une grille G5 unique et horizontale suivie d'une diode unique D5, la grille G5 et la diode D5 étant connectées à un potentiel variable V5.
  • Sur le substrat semi-conducteur 4, des diffusions d'isolement d2 délimitent de façon connue la zone du substrat qui est réservée au traitement des charges issus de chaque colonne de points photosensibles et isolent les diodes D2 des diodes Di.
  • On va maintenant décrire la troisième partie du dispositif photosensible selon l'invention, c'est-à-dire le registre de lecture 3.
  • Le registre de lecture 3 est généralement intégré sur le même substrat semi-conducteur 4 que la mémoire et le dispositif d'évacuation des charges parasites 2, mais il s'en trouve isolé par une zone de diffusion d'isolement d3 en créneaux.
  • A l'intérieur des créneaux, on trouve quatre diodes D6 qui sont alignées et qui sont reliée par des connexions métalliques C'1 à C'4 aux quatre diodes D4 de la mémoire. Ainsi s'effectue le transfert des charges-signal de la mémoire vers le registre de lecture. Les diodes D6 sont suivies par une grille G6, qui est horizontale et unique et qui est reliée au même potentiel variable V4 que la grille G4 de la mémoire.
  • La grille G6 est suivie par une grille G7, qui est également horizontale et unique et qui est reliée . à un potentiel variable V7 et qui permet lors de son passage au niveau haut le transfert de charges-signal vers le registre de lecture proprement dit R2.
  • Sur la figure 1, le registre de lecture R2 est un registre à C.C.D. à deux phases Φ1 et Φ2. Ce registre comporte une succession d'électrodes de stockage et d'électrodes de transfert de charge qui sont disposées sur une surépaisseur d'isolant par rapport aux électrodes de stockage. Une électrode de stockage sur deux aboutit à l'extrémité inférieure de la zone de diffusion d'isolement en créneau d3 et ne reçoit donc pas de charges. Le transfert des charges dans le registre R2 s'effectue horizontalement comme cela est indiqué par une flèche sur la figure 1. La lecture des charges-signal d'une ligne d'élément photosensible s'effectue donc en série.
  • Une diffusion d'isolement d4 détermine la 'limite inférieure du canal de transfert des charges dans le registre R2.
  • C'est à cause de la présence du dispositif d'évacuation des charges parasites que la liaison entre la mémoire et le registre de lecture 3 doit se faire par des connexions extérieures au substrat C'1 à C'4. De même que dans le cas diodes Dio et de la grille Go, il est nécessaire qu'un bon couplage existe entre les diodes D4 et la grille G4 ainsi qu'entre les diodes D6 et la grille G6.
  • On peut alors recouvrir par une couche isolante, puis par une couche d'aluminium chaque diode et une partie de la grille voisine. On prend alors un contact électrique à travers l'isolant au niveau de chaque grille.
  • La description précédente s'est placée dans le cas d'une matrice comportant quatre lignes et quatre colonnes photosensibles, il est bien évident que cette description s'applique au cas où la matrice comporte n lignes de m points photosensibles, où n et m sont des nombres entiers positifs.
  • On va maintenant expliquer le fonctionnement du dispositif selon l'invention représenté sur les figures 1 et 2a en décrivant les figures 2b à 2g. Les figures 2b à 2g représentent l'évolution du potentiel de surface Φs dans le substrat semi-conducteur 4 à divers instant t1 à t6. Les zones hachurées indiquent la présence de porteurs minoritaires. Sur les figures 2b à 2g, on n'a représenté que l'interface 5 et 7 du substrat 4 et de la couche isolante qui les recouvre.
  • Les instants t1 à t6 sont repérés sur les figures 4a à 4f qui représentent les signaux de commande susceptibles d'être appliqués au dispositif selon l'invention. Ces signaux de commande sont des signaux périodiques dont l'amplitude varie entre un niveau bas et un niveau haut.
  • Sur les figures 4a et 4b, on a représenté les signaux V4 et V3 de même période
    Figure imgb0001
     . Le signal V3 revient au niveau bas un instant τ très bref avant V4.
  • Sur les figures 4c et 4d, on a représenté les signaux V5 et V7 de même période T. Les signaux V5 et V7 sont en opposition de phase avec V3. Sur les figures 4e et 4f, on a représenté les signaux Li et Li+1. Ces signaux ont la même période nT. lls passent au niveau haut un instant τ très court après le passage de V3 niveau haut et revienne- nent au niveau bas en même temps que V3.
  • Le fonctionnement du dispositif selon l'invention comporte la répétition de deux étapes distinctes de durées T1 et T2 que nous désignerons par la suite par »étape T1« et »étape T2«, la somme de T1 et T2 étant égale à T.
  • Au cours de l'étape T1, toutes les grilles G0 sont portées au potentiel V9. On évacue alors les charges parasites qui se trouvent sur toutes les diodes D1 et D2 du dispositif vers la mémoire et ensuite vers le dispositif d'évacuation des charges parasites.
  • Pendant l'étape T2, une seule des grilles Go dela zone photosensible se trouve au potentiel 0, alors que les autres grilles Go se trouvent au potentiel V9. Les charges-signal stockées sous la grille au potential 0 sont transférées sur les diodes D1 et D2, puis sous la mémoire avant d'être transférées dans le registre de lecture R2 où elles seront lues pendant l'étape T1 suivante. On va maintenant étudier en détail chacune des étapes T1 etT2.
  • Etape T1:
    • ― au temps r1, seuls les signaux V3 et V4 sont au niveau haut. Toutes les grilles Go sont au potentiel V9 et l'intégration des charges se poursuit dans chaque capacité Co et sur chaque diode Dio. Les charges parasites captées par les diodes D1 et D2 de tout le dispositif sont évacuées dans la mémoire comme le permet la grille G3 qui est au niveau haut. Ces charges parasites proviennent essentiellement d'un débordement des capacités Co dû à un éclairement trop intense: c'est la fonction anti-blooming des diodes Di. Les charges parasites peuvent être également des charges collectées latéralement par les diodes DI et D2;
    • ― au temps t2- τ, le signal V3 revient à zéro et la grille G3 isole alors la mémoire de la zone photosensible. Au temps t2-τ également, le signal V5 passe au niveau haut, la grille G5 et la diode D5 sont prêtes à recevoir les charge parasites;
    • - au temps t2, le signal V4 revient à zéro et les charges parasites qui s'étaient réparties de façon égale sous les diodes D4, les grilles G4. les diodes D6 et les grilles G6 sont évacuées sous la diode d'évacuation D5;
    • - au temps t3, à nouveau, comme au temps tl, seuls les signaux V3 et V4 sont au niveau haut, c'est la fin de l'étape T1.
  • Etape T2:
    • ― au temps t4, les signaux V3, V4 et Li sont au niveau haut. La grille Go de la zone photosensible qui est connectée au transistor MOS T0i commandé par le signal Li est alors reliée à zéro. Il y a alors transfert des charges-signal stockées par tous les points photosensibles se trouvant sous cette grille G0 sur les diodes D1 et D2 puis dans la mémoire. Comme dans le cas de l'évacuation des charges parasites, le transfert des charges en mémoire se fait à un potentiel constant V2-VT grâce à la grille G2. On a vu précédemment que le transfert des charges en mémoire que ce soient les charges parasites ou les charges-signal est du type Bucket-Brigade c'est-à-dire qu'il se fait par l'intermédiaire de l'analogue d'un transistor MOS polarisé en saturation dont la source serait constituée par les diodes D1 et D2, dont la grille serait constituée par la grille G2 portée au potentiel constant V2 et dont le drain serait constitué par la diode D4 portée par la grille G4 à un potentiel V4 supérieur à V3. On a vu que pour être efficace ce type de transfert demande un temps relativement long. Dans le dispositif selon l'invention, l'existence de la mémoire permet de disposer d'un temps égal à celui d'une lecture ligne pour effectuer l'évacuation des charges parasites sur toutes les diodes D1 et D2 et le transfert d'une ligne Li en mémoire; en effet, pendant ce temps-là, le registre R2 assure la lecture d'une ligne précédente Li-1 de la matrice;
    • ― au temps t5-τ, le transfert des charges-signai en mémoire étant terminé les signaux V3 et Li passent au niveau bas alors que le signal V7 passe au niveau haut. La grille G3 isole à nouveau les connexions Ci de la mémoire. La grille G7 est portée au niveau haut et ouvre le passage vers le registre de lecture R2;
    • - au temps t5, le signal V4 passe au niveau bas et il y a alors transfert des charges-signal qui s'étaient réparties sous les diodes D4, D6 et les grilles G4 et G6 dans registre de lecture R2. Le transfert des charges-signal dans le registre de lecture doit s'effectuer pendant le temps de retour ligne, par contre toutes les étapes précédentes de t1 à t5-τ se produisent pendant le temps de lecture ligne. Après le temps t5, le signal V8 rétablit le potentiel V9 sur la grille Go dont le contenu vient d'être transféré dans le registre de lecture; dans le cas où le signal V9 est un signal périodique, il peut être identique au signal V7;
    • - au temps t6, les signaux de commande reprennent leur valeur du temps ti. Une nouvelle étape T1 commence tandis que la ligne L; est lue par le registre R2, cette lecture se prolonge pendant l'étape T2 où le contenu de la ligne suivante Li+1 est transféré en mémoire et se termine au prochain temps t5-τ.
  • Le dispositif photosensible selon l'invention peut recevoir le rayonnement lumineux à détecter soit par sa face avant où se trouvent les grilles G0 et G1, soit par sa face arrière. Dans le cas où le rayonnement lumineux est envoyé sur la face avant du dispositif, les grilles Go doivent être photosensibles; elles sont alors constituées de silicium polycristallin ou de métal semi-transparent. Les diodes de lecture Dl sont alors entièrement recouvertes d'une couche isolante, puis d'aluminium afin d'éviter un éclairement parasite. De même, la mémoire, le dispositif d'évacuation des charges parasites et le registre de lecture sont recouverts d'une couche opaque qui les protège du rayonnement lumineux, et qui peut être une métallisation. Dans le cas où le rayonnement lumineux est envoyé sur la face arrière du dispositif photosensible, le substrat semi-conducteur 4 qui porte la zone photosensible 1 a alors une épaisseur réduite. Les connexions métalliques Ci à C4 permettent de disposer la mémoire, le dispositif d'évacuation des charges parasites et le registre de lecture à une certaine distance de la zone photosensible et sur une partie du substrat 4 dont l'épaisseur n'a pas été réduite. On évite ainsi un éclairement parasite de ces élements.
  • La figure 3 concerne une représentation schématique vue de dessus d'un autre mode de réalisation de la zone photosensible 1 du dispositif selon l'invention.
  • Dans ce mode de réalisation, les points photosensibles sont organisés en quinconce d'une ligne à l'autre.
  • Les grilles Go qui sont constituées par un premier niveau de silicium polycristallin sont disposées horizontalement. Ces grilles ont une forme rectangulaire et présentent des échancrures, rectangulaires également. Dans chaque échancrure se trouve une diode de lecture Dl. Les diodes de lectures D1 sont disposées en quinconce car les échancrures sont décalées d'un demi-pas d'une grille Go à la suivante.
  • Sur chaque grille Go on trouve entre deux échancrures une ouverture qui constitue une zone collectrice Dio. Dans le cas de la figure 3 où les zones collectrices Dio sont constituées par une simple zone d'oxyde mince sans diffusion et non plus par des diodes comme dans le cas de la figure 1, les porteurs crées par les photons sous ces zones collectrices rejoignent les capacités Co, créées par les grilles Go, par simple diffusion plutôt que par conduction. Dans le cas de la figure 3, chaque grille Go reçoit les porteurs générés sur chaque zone collectrice D10 par tout le pourtour de cette zone collectrice. Le remplacement des diodes par une simple couche d'oxyde mince pour constituer les zones collectrices est intéréssant dans le cas où la condition: CB » CD10 ne peut être réalisée.
  • Dans ce mode de réalisation, les grilles G1 sont constituées par un deuxième niveau de silicium polycristallin. Ces grilles sont verticales. Chaque grille G1 recouvre en partie d'une part l'un des bords verticaux d'une échancrure réalisée sur chaque grille Go et d'autre part la diode de lecture D1 se trouvant dans cette échancrure. Les diodes de lecture Dl sont situées alternativement, d'une ligne à l'autre à droite et à gauche de l'électrode verticale G1.
  • Sur les grilles Gl, on trouve, isolées par une couche d'oxyde épais, les connexions d'aluminium Ci. Sur la figure 3, les connexions C1, C2, C3 sont représentées en traits discontinus. Ces connexions adressent les diodes de lecture D1 par des prises de contacts à travers la couche d'oxyde.
  • Les avantages de la disposition des points photosensibles en quinconce, et non plus en matrice, sont les suivant:
    • - la résolution horizontale des points photosensibles est augmentée;
    • - les connexions Ci sont totalement protégées de tout parasite par les grilles G, portées au potentiel constant V1;
    • - de plus, l'intervalle entre les grilles réalisées sur le même niveau de silicium polycristallin n'est pas critique. En effet, le court-circuit de deux grilles Go n'affecte que deux lignes de la zone photosensible. Pour la première ligne, le signal lu est la somme des signaux des deux lignes. La deuxième ligne est lue comme une ligne noire car elle a été vidée par la lecture précédente. Enfin un court-circuit sur les grilles Gi est sans effet sur le fonctionnement du dispositif.
  • Le pas du registre à décalage R1 qui est utilisé pour la mise à zéro périodique de chaque grille Go est en général plus grand que le pas des grilles G0. On peut utiliser deux registres R1 et R'1 dont le pas est double de celui des grilles Go. Les registres sont alors placés de part et d'autre de la zone photosensible. L'un des registres adressen les grilles Go de rang pair et l'autre adresse les grilles Go de rang impair. L'entre- laçage est facilité par cette organisation qui peut s'utiliser en même temps que la disposition en quinconce. Ainsi l'un des registres peut adresser les grilles Go de rang impair et les points photosensibles placés à droite des connexions Ci, puis l'autre registre adresse les gnlles G0 de rangs pairs et les points photosensibles placés à gauche des connexions Ci.
  • On a vu dans la description du fonctionnement du dispositif représenté sur la figure 1 que ce fonctionnement comportait la répétition de deux étapes T1 et T2. La fonction anti-blooming n'est réalisée que pendant les étapes Ti. Les charges en surplus dues à des points photosensibles trop intensément éclairés et qui débordent sur leur diode de lecture D1 sont prises en compte pendant les étapes T2. Les charges en surplus dues à un point photosensible trop intensément éclairé se trouvent réparties sur toutes les diodes D1 qui sont reliées à la diode de lecture D1 de ce point trop intensément éclairé par une même connexion métallique Ci. Le niveau moyen du signal sur cette connexion Ci se trouve ainsi élevé. Si ce point est éclairé avec une intensité B fois supérieure à celle qui produit la quantité de charges, Q, maximum au niveau d'un point photosensible, le niveau moyen pour les diodes reliées à la connexion Ci est élevé de la quantité:
    Figure imgb0002
    où N représente le nombre de grille Go de la zone photosensibel 1.
  • Ainsi une zone photosensible qui comporte 500 grilles G0 et pour laquelle on a T1 =T2, peut tolérer un suréclairement B de l'ordre de 1000. On a avantage pour amélior la résistance du dispositif au suréclairement à augmenter la durée de l'étape T2 par rapport à celle de l'étape T1.
  • Le temps T2 est limité par le temps nécessaire pour que s'effectue le transfert des charges-signal Qs le long de chaque connexion Ci jusqu'à la mémoire. On a vu que ce transfert s'effectue à travers l'équivalent d'un transistor MOS en saturation.
  • Si on appelle c; la capacité de la connexion Ci, la charge résiduelle Qr sous les diodes de lecture D1 reliées par C; s'exprime:
    Figure imgb0003
    où Cox est la capacité de la grille G2 par unité de surface, W la largeur de cette grille, L sa longueur et µ la mobilité des porteurs minoritaires du substrat.
  • On constate donc que pour diminuer la charge résiduelle on a avantage à diminuer la capacité ci.
  • Il apparaît aussi que les charges-signal Qs de faibles valeurs sont moins bien transmises que les charges de valeurs plus élevées. La sensibilité du dispositif est donc moindre pour les bas niveaux lumineux.
  • On peut améliorer de façon notable le transfert des faibles quantités de charges-signal Qs en leur superposant une charge fixe Qo obtenue en augmentant de △V le potentiel de la grille G2 au temps t4. Dans ce cas la charge transférée s'écrit:
    Figure imgb0004
  • En sortie du registre de lecture R2, on obtient alors un signal superposé à un fond de charge Qo qui facilite par ailleurs le transfert des charges dans le registre.
  • L'inconvénient de ce procédé peut être dans certains cas d'ajouter au signal un bruit dû aux variations de la capacité ci d'une connexion Ci à l'autre qui introduisent des variations sur la quantité Qo introduite d'une colonne à l'autre.
  • Les figures 5 et 6a, concernent une représentation schématique vue de dessus et vue en coupe longitudinale d'un mode de réalisation d'un dispositif d'injection d'une quantité de charges supplémentaire Qo dans le dispositif photosensible selon l'invention.
  • Avec ce dispositif les quantités de charges injectées Qo sont identiques pour tous les points de la zone photosensible et indépendantes des valeurs des capacités ci des connexions Ci.
  • Ce dispositif est constitué par l'intégration sur un substrat semi-conducteur (qui peut être le même que celui sur lequel est intégré le reste du dispositif photosensible) d'un nombre de diodes D7 égal au nombre de connexions Ci. Sur la figure 5, quatre diodes D7 sont représentées. Ces diodes sont portées à un potentiel variable V7. Deux grilles coplanaires G8 et G9 suivent ces diodes. Ces grilles sont portées à deux potentiels constants V8 et V9, avec V8 inférieur à V9. Ainsi le passage des diodes D7 d'un niveau bas à un niveau haut permet de stocker sous G9 une quantité de charges Qo telle que:
    Figure imgb0005
  • Ainsi la quantité de charges Qo stockée sous G9 est indépendante des variations de tension seuils sous G8 et G9 d'un point photosensible à l'autre et ne dépend que de la géométrie de G9 dont la variation d'un bout à l'autre du dispositif peut être réduite au second ordre.
  • Des diffusions d'isolement verticales d4 délimitent de façon connue la zone du substrat qui est réservée au traitement des charges issues d'une seule diode D7.
  • Les figures 6b à 6e représentent des schémas illustrant le fonctionnement du dispositif représenté sur les figures 5 et 6a aux instants t4, t2 t3 et nouveau t4.
  • Sur ces figures, on n'a représenté que l'interface 9 du substrat 8 et de la couche isolante qui le recouvre.
  • Sur les figures 6b et 6c, on a représenté le stockage de la quantité de charges Qo sous la grille G9.
  • La grille G9 est suivie par une grille G11 et une électrode de stockage G12 qui sont portées à un potentiel variable V11.
  • Au temps t3, chaque quantité de charges Qo est transférée de G9 sous G12.
  • La grille G12 est suivie par une grille écran G13 portée à un potentiel constant V13. Après la grille G13, on trouve quatre diodes D13 qui sont connectées par des connexions métalliques C"1 à C"4 aux diode D1 et D2, c'est-à-dire aux connexions Ci à C4.
  • Au temps t4, le potentiel V11 passe à zéro et provoque le transfert de chaque quantité de charges Q0 sous les diodes D13, D1 et D2 connectées en parallèles. La charge Qo est donc introduite au même instant t4 que la charge signal Qs de la ligne lue. La génération de Qo se fait à la lecture de chaque ligne d'éléments photosensibles.
  • La géométrie de la mémoire et du registre de lecture doit être prévue pour que puisse être stockée la charge totale égale à: Q0+Q, où Q est la charge-signal maximum au niveau d'un point photosensible.
  • A la place du dispositif représenté sur la figure 5, on peut utiliser un registre à décalages CCD, à sorties en parallèle. Chacune des sorties en parallèle de ce registre est reliée, par des connexions métalliques à l'un des couples de diodes Di-D2, c'est-à-dire à l'une des connexions Ci à C4. Pendant le temps de lecture d'une ligne ― de t1 à t5-τ -- ce registre est adressé par les mêmes signaux de commande que le registre de lecture R2. On injecte à l'entrée en permanence une charge Qo, de sorte qu'au début du temps de retour ligne, t5-τ, on dispose de la charge Qo dans chacun des étages du registre. Cette charge est la même pour tous les étages puisqu'elle a été générée par un étage d'entrée unique et que l'inefficacité de transfert a un effet négligeable sur un signal continu. Seule la charge recombinée dans le substrat introduit une dispersion mais sa valeur est en général très faible.
  • Lorsqu'il y a transfert des charges-signal Qs de la ligne lue des diodes D1 vers les diodes D2 par les connexions Ci à C4, on vide en même temps latéralement le registre CCD. La charge Qo se trouve ainsi superposée au signal sur toutes les colonnes. C'est la somme des charges Qo+Qs qui est transférée dans le registre de lecture.
  • Le transfert des charges dans le registre à décalages CCD, à sorties en parallèle qui est utilisé peut se faire en surface ou en volume. Le transfert en surface permet de véhiculer une charge Qo plus importante à surface égale.
  • Comme celui qui est représenté sur la figure 5, ce dispositif d'injection permet d'injecter des quantités de charges Qo identiques pour tous les points de la zone photosensible et indépendantes des valeurs des capacités c; des connexions Ci. Le registre à décalages CCD à sorties en parallèle est généralement intégré sur le même substrat semi-conducteur que le reste du dispositif photosensible.
  • On va maintenant décrire un autre mode de réalisation de la mémoire, du dispositif d'évacuation des charges parasites et du registre de lecture du dispositif photosensible selon l'invention, c'est-à-dire des parties de ce dispositif qui sont repérées par 2 et 3 sur la figure 1.
  • On a voulu dans ce mode de réalisation effectuer le transfert des charges-signal de la mémoire vers le registre de lecture R2 sans utiliser des diodes comme les diodes D4 et D6 qui sont réunis deux à deux par des connexions métalliques externes au substrat C'1 à C'4.
  • Ce mode de réalisation présente ainsi l'avantage par rapport à celui représenté sur la figure 1 d'éliminer les parasites susceptibles d'être introduits par un couplage variable, d'un point photosensible à l'autre entre d'une chaque diode D4 ou D6 et la grille G4 ou G6 adjacente et d'autre part entre chaque couple de diodes D4 et D6 (connexion C'i).
  • On a voulu également dans ce mode de réalisation obtenir une meilleure homogénéité sur la largeur I de la grille G2 portée au potentiel constant V2 qui suit les diodes D2; on a voulu également pouvoir rendre cette largeur 1 beaucoup plus petite.
  • Ainsi, ce mode de réalisation présente l'avantage d'éliminer les parasites susceptibles d'être introduits par une pénétration variable d'un point photosensible à l'autre des diodes D2 sous la grille G2; cette pénétration variable peut conduire à des temps de transfert variables des charges-signal de chaque diode D2 vers la mémoire en raison de la largeur variable de la grille du transistor MOS équivalent à travers lequel se fait le transfert des charges en mémoire; de plus, ce mode de réalisation présente l'avantage d'augmenter la rapidité du transfert des charges-signal de D1 et D2 en mémoire, à cause de la diminution de la largeur deG2.
  • Enfin, ce mode de réalisation présente l'avantage de simplifier les signaux de commande.
  • En contre partie de ces avantages, ce mode de réalisation impose des contraintes de fabrication un peu plus sévères en ce qui concerne les dimensions des différents éléments.
  • La figure 7, concerne une représentation schématique vue de dessus de ce mode de réalisation.
  • Les figures 8a et 9a représentent des vues en coupe transversale du mode de réalisation représenté sur la figure 7.
  • Après les diodes D2 reliées par les connexions Ci à C4 aux diodes de lecture Di, on trouve la grille G2 portée au potentiel constant V2.
  • La grille G2 est entourée de deux grilles coplanaires G14 et G4 qui sont maintenues à un potentiel constant V'4 supérieur à V2. Ainsi la largeur 1 de la grille G2 est déterminée en une seule opération de photogravure par l'intervalle entre les grilles G14 et G4. Ainsi on obtient une meilleure homogénéité sur la largeur qui peut, par ailleurs, être rendue beaucoup plus petite.
  • La grille G4 comme les grilles Go de la figure 3, est une grille rectangulaire présentant des échancrures rectangulaires également.
  • La figure 8a est une vue en coupe transversale du mode de réalisation représenté sur la figure 7 dans une zone de faible largeur de G4, c'est-à-dire au niveau d'une échancrure.
  • La figure 9a est une vue en coupe transversale du mode de réalisation représenté sur la figure 7 dans l'intervalle entre deux échancrures.
  • Dans chaque partie de substrat placée sous une échancrure de G4, se trouve une diode d'évacuation D5.
  • Une zone de diffusion d'isolement en »U« d5 entoure chaque diode D5.
  • Cette zone de diffusion d'isolement détermine deux canaux sur chaque partie du substrat 4 réservée par la zone de diffusion d2 au traitement des charges en provenance d'une des connexions C1 à Cm:
    • - le canal 1, (figure 9a), qui conduit au registre de lecture R2; cet accès étant réglé par une grille G7, portée à un potentiel variable V'7 et qui est à cheval entre l'extrêmité de G4 et le début de R2;
    • - le canal 2, (figure 8a), qui conduit vers la diode d'évacuation D5. Chaque diode D5 est alors commune à deux points mémoires adjacents pour de raisons de gain de place. Il est donc possible de supprimer une diode D5 sur deux. Cela présente l'avantage soit de permettre un pas horizontal plus réduit, soit d'augmenter la capacité de stockage de la mémoire de ligne.
  • Dans ce cas, une sur deux des parties verticales de la zone de diffusion d2, c'est-à-dire les parties verticales qui ne sont pas suivies par une diode D5, sont alors prolongées et aboutissent à une électrode de stockage qui ne reçoit donc pas de charges.
  • L'accès vers la diode D5 est alors réglé par une électrode rectangulaire G15 portée à un potentiel variable V15. Cette électrode se trouve à cheval sur la partie horizontale des échancrures de G4. Elle se trouve séparée de G4 par une couche d'oxyde non représentée. Le potentiel V15 est également appliqueé aux diodes D5.
  • Les figures 8a et 9a représente des vues en coupe transversale selon les canaux 2 et 1.
  • On va maintenant examiner le fonctionnement de ce mode de réalisation en se reférant aux figures 8b, 8c et 9b, 9c qui représentent l'évolution du potentiel de surface dans le substrat semi-conducteur 4a à différents instants t'1, t'2, t'3.
  • Ces instants sont repérés sur les figures 10a à 10d qui représentent les signaux de commande susceptibles d'être appliqués à ce mode de réalisation.
  • Sur les figures 10c et 10d, on retrouve les signaux Li et Li+1 déjà représentés sur les figures 4e et 4f.
  • Sur les figures 10a et 10b, on a représenté les signauxV15et V17.
  • Ces signaux sont périodiques de période T et varient entre un niveau bas et un niveau haut.
  • Le signal V15 se trouve au niveau haut lorsque les signaux Li, Li+1 ... et le signal V'7 sont au niveau bas.
  • Les signaux Li, Li+1 ... passent au niveau haut un instant après que V15 soit passé au niveau bas. Le signal V'7 passe au niveau haut un instant τ après le passage de Li, Li+1 ... au niveau bas. Enfin, le signal V'7 revient au niveau bas un instant T avant le passage de V15 au niveau haut.
  • L'étape T1 se déroule à partir du moment où V15 est au niveau haut jusqu'au moment où Li, Li+1 ... passent au niveau haut.
  • L'étape T2 se déroule pendant le reste de la période T.
  • On va examiner les étapes T1 et T2.
  • Etape T1 :
    • - au temps t'i, seul le signai V,5 se trouve au niveau haut.
  • La figure 8b représente les potentiels de surface à ce moment-là.
  • Les charges parasites de tous les points photosensibles sont évacuées des diodes D1 vers les diodes D2, puis sous la grille G4 et enfin sous une diode d'évacuation D5. Le transfert se fait au potentiel constant V2-VT grâce à la grille G2;
  • Etape T2:
    • ― au temps t'2, seul le signal Li se trouve au niveau haut. Les figures 8c et 9b représentent les potentiels de surface dans le substrat à ce moment-là. Les charges-signal de la ligne Li sont alors transférées des diodes D1 vers les diodes D2 puis stockées sous la grille G4 qui sert de mémoire.
    • - au temps t'3, seul le signal V'7 se trouve au niveau haut.
  • La figure 9c représente le potentiel de surface dans le substrat à ce moment-là. Il y a alors transfert des charges-signal de la ligne Li qui sont stockées sous G4 sous le registre de lecture R2.
  • Une nouvelle étape T1 commence ensuite tandis que la ligne L1 est lue par le registre R2.
  • Si le registre de lecture R2 est un registre où le transfert des charges s'effectue en volume, il existe sous les électrodes du registre une zone diffusée z qui peut s'arrêter au milieu de la grille G7.
  • Dans ce cas, le potentiel sous le registre R2 est plus élevé que sous G4 ce qui facilite le transfert des charges.
  • La superposition d'une charge fixe Qo aux charges-signal Qs peut se faire des deux façons indiquées précédemment, c'est-à-dire:
    • - en augmentant de Λ V le potentiel de G2 au temps t'2;
    • - ou, en utilisant le dispositif des figures 5 et 6a à 6e. Dans ce cas, l'étape représentée sur la figure 6e se fait au temps t'2.
  • Il est bien entendu que ia présente invention concerne généralement un dispositif photosensible intégré sur un substrat semiconducteur en silicium. Il est également possible de rapporter sur un substrat en silicium des détecteurs photosensibles en un matériau différent.
  • Le dispositif selon l'invention peut aussi fonctionner en donnant des résultats aussi satisfaisants que ceux obtenus par le dispositif décrit par l'article I.E.E.E. en transférant les charges-signal au fur et à mesure qu'elles arrivent dans le registre de lecture R2 sans les stocker en mémoire.
  • Enfin le dispositif selon l'invention est préférentiellement un dispositif CCD, où le transfert des charges se fait en surface ou en volume.

Claims (28)

1. Dispositif photosensible lu par transfert de charges et comportant n lignes de m points photosensibles constitués par l'intégration sur un substrat semi-conducteur (4) de capacités MOS (Co) et chaque ligne comportant une grille Go commune à ses divers points ledit dispositif comportant au moins un registre à décalage (Ri) qui permet la mise à zéro périodique de chaque grille (Go) et étant caractérisé en ce que chaque point photosensible comprend une seule capacité MOS et une diode de lecture D1, séparée de la grille G0 par une grille écran G1 portée à un potentiel constant V1, m connexions métalliques (C1 ... Cm) reliant en parallèle n diodes appartenant à n lignes différentes, ainsi qu'en ce qu'il comprend:
- m diodes D2, intégrées sur le même substrat semi-conducteur, auxquelles aboutissent les m connexions métalliques, ces diodes étant suivies par une grille G2 portée à un potentiel constant (V2);
- des moyens d'évacuation sur une diode (D5) des charges parasites accumulées sur les diodes D1 et D2 pendant chaque intervalle de temps où aucune des grilles Go ne se trouve à zéro, la mise à zéro périodique de chaque grille Go permettant l'évacuation des charges-signal sur les diodes DI puis sur les diodes D2;
- des moyens assurant le transfert des charges-signal arrivant sur les diodes D2 dans un registre de lecture à transfert de charges (R2) à m entrées parallèle et à sortie série.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une mémoire intégrée sur le substrat semi-conducteur à la suite des diodes D2 et sous laquelle les charges-signal sont recueillies avant d'être transférées dans le registre de lecture (Rz).
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que cette mémoire est constituée par m diodes (D4) suivies par une grille (G4) commune aux m diodes et portée à un potentiel variable (V4).
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé ce qu'il comporte, intégré sur le substrat à la suite de la mémoire, une grille G5 et une diode D5 reliées à un potentiel variable (V5), cette diode recevant les charges parasites accumulées sous les diodes Di et D2 pendant l'intervalle de temps où aucune des grilles photosensibles Go ne se trouve à zéro.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte, intégrés sur le substrat semi-conducteur (4):
- m diodes D6 suivies par une grille unique Ge, chacune de ces diodes étant reliée par une connexion métallique (C'1 ... C'm) à la diode (D4) correspondante de la mémoire et la grille G6 étant portée au même potentiel variable (V4) que la grille (G4) de la mémoire;
- une grille unique G7 portée à un potentiel variable (V7);
- le registre de lecture à transfert de charges (R2) dont la grille précédente G7 permet le chargement, après que les charges-signal résultant de la lecture d'une ligne aient été recueillies par la mémoire.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une couche d'oxyde et une couche d'aluminium recouvrent les diodes (D4) de la mémoire et les diodes D6 ainsi qu'une partie des grilles (G4 et Ge) voisines, un contact électrique étant établi à travers l'isolant au niveau de chaque grille.
7. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'une grille (G3) portée à un potentiel variable (V3) est intercalée sur le substrat semi-conducteur entre la grille G2 portée à un potentiel constant (V2) et la mémoire.
8. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la grille G2 est entourée de deux grilles coplanaires portées à un potentiel constant inférieur à V2, l'une de ces grilles (Gl4) étant adjacente aux diodes D2 et l'autre grille G4 constituant la mémoire.
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que:
- la grille G4 est une grille rectangulaire comportant des échancrures rectangulaires;
- au moins une sur deux de chaque partie du substrat (4) placée sous une échancrure comporte une diode d'évacuation des charges (Ds);
- une zone de diffusion d'isolement en »U« d5 entoure chaque diode d'évacuation des charges (D5) et détermine deux canaux sur la partie du substrat réservé au traitement des charges en provenance d'une des connexions métalliques (C1 ... Cm);
- l'un des canaux (canal 2) qui conduit à une diode d'évacuation (D5) permet l'évacuation sous la diode des charges parasites accumulées sous les diodes D1 et D2 pendant l'intervalle de temps où aucune des grilles photosensible Go ne se trouve à zéro, ce transfert étant commandé par une grille (Gi5) placée à cheval sur la partie horizontal des échancrures de G4;
- l'autre canal (canal 1 ) permet le transfert des charges-signal d'une ligne stockées sous la grille G4 dans le registre de lecture à transfert de charges (R2), ce transfert étant commandé par une grille (G7) à cheval sur l'extrémité de G4 et le début du registre.
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que chaque point photosensible comporte, à proximité de la grille Go, une zone collectrice (Dio) sensible aux faibles longueurs d'onde auxquelles Go n'est pas sensible, les charges créées par le rayonnement sur ces zones (D10) étant collectées sous les grilles Go.
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que chaque zone collectrice (Dio) est constituée par une diode ou par une simple zone d'oxyde mince.
12. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que chaque zone collectrice (D10) est constituée par une diode.
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la zone diffusée correspond à chaque diode, constituant une zone collectrice (D10), s'étend sous la grille G0 voisine.
14. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 13, caractérisé en ce que le potentiel constant (V2) appliqué à la grille G2 suivant les diodes D2 est augmenté d'une quantité constante Λ V lors du transfert des charges-signal sous la mémoire.
15. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte, intégré sur le même substrat semi-conducteur:
- m diodes (D7)portées à un potentiel variable (V7) suivies par;
― deux grilles coplanaires G8 et G9 portées à deux potentiels constants V8 et Vg, avec V8 inférieur à Vg, de façon qu'une quantité de charge constantes (Qo) soit stockées sous G9 lors du passage du potentiel appliqué à la diode du niveau bas au niveau haut:
- une grille (Gn) et une électrode de stockage (G12) portées à un potentiel variable (Vi);
― une grille écran (G13) portée à un potentiel constant (V13);
- m diodes D13 reliées par des connexions métalliques (C"1 ... C"m) aux m diodes D2, la quantité de charges (Qo) étant transférée sous chaque diode D13 lors du transfert des charges-signal sous la mémoire.
16. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte, intégré sur le même substrat semi-conducteur, un registre à décalages CCD comportant m sorties en parallèle, chaque sortie étant reliées par une connexion métallique à l'un des couples de diodes Di-D2, ce registre recevant pendant le temps de lecture d'une ligne les mêmes signaux de commande que le registre de lecture (R2) alors qu'une quantité de charge constante (Qo) est injectée en permanence à l'entrée du registre et le contenu de ce registre étant vidé, lors du transfert des charges-signal (Qs) de la ligne lue des diodes D1 vers les diodes D2.
17. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que la partie du substrat semi-conducteur (4) qui porte la zone photosensible (1) a une épaisseur réduite et reçoit l'éclairement par sa face arrière.
18. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que la partie du substrat semi-conducteur (4) qui porte la zone photosensible (1) reçoit l'éclairement par sa face avant et en ce que les grilles (Go) sont photosensibles et les diodes de lecture (Di) sont entièrement recouvertes d'aluminium.
19. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que les diodes de lecture (D1) sont disposées en quinconce et se trouvent situées dans des échancrures rectangulaires réalisées sur les grilles horizontales Go.
20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il comporte m grilles verticales G1 portées au potentiel V1 qui recouvrent en partie d'une part, l'un des bords verticaux de chaque échancrure réalisée sur chaque grille Go et d'autre part, chaque diode de lecture D1 située alternativement d'une ligne à l'autre à droite et à gauche de l'électrode verticale G1.
21. Dispositif selon la revendication 20, caractérisé en ce que les m grilles verticales Gi, sont recouvertes d'une couche isolante sur laquelle sont déposées les m connexions métalliques (Ci à Cm) qui relient en parallèle grâce à des prises de contact à travers la couche isolante n diodes de lecture D1 appartenant à n grilles Go différentes.
22. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que les diodes de lecture D1 et les diodes D2 sont disposées en matrice.
23. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 22, caractérisé en ce qu'il comporte deux registres à décalages qui adressent l'un les lignes de rang pair et l'autre les lignes de rang impair.
24. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 23, caractérisé en ce que chaque grille Go est reliée à l'une des électrodes d'un transistor MOS (T01 ... T0n) dont la grille est reliée à un registre à décalage (R1) et dont l'autre électrode est reliée à la masse, le registre à décalage assurant la mise en conduction périodique de chaque transistor et la mise à zéro de chaque grille Go.
25. Dispositif selon l'une des revendication 1 à 24, caractérisé en ce que chaque grille Go est reliée à l'une des électrodes d'un transistor MOS (T1 ... Tn) dont l'autre électrode est reliée à un potentiel constant (V9) et dont la grille reçoit un potentiel variable (Va), qui provoque la mise en conduction des transistors et la mise au potentiel constant (Va) des grilles Go après que le transfert des charges-signal d'une ligne dans le registre à transfert de charges (R2) ait été effectué.
26. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 24, caractérisé en ce que chaque grille Go est reliée à l'une des électrodes d'un transistor MOS (Ti ... Tn) dont l'autre électrode est reliée à un potentiel constant (V9) et dont la grille reçoit un potentiel constant, ces transistors assurant le rétablissement, après une constante de temps, du potentiel constant (Vs) sous toutes les grilles Go après que le transfert des charges-signal d'une dans le registre à transfert de charges (R2) ait été effectué.
27. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 26, caractérisé en ce que le substrat semi-conducteur utilisé est du silicium.
28. Caméra de télévision, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif selon l'une des revendications précédentes.
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